Linux频率调整影响计时器精度

Question

在一台基于Linux驱动的单核嵌入式Cortex-A8机器上，我遇到了timerfd遇到的问题:我需要每隔几毫秒触发一些IO，到目前为止，我创建的计时器一切都很好：

int _timer_fd = timerfd_create(CLOCK_MONOTONIC, TFD_NONBLOCK);
int _flags = 0;
itimerspec _new_timer;
_new_timer.it_interval.tv_sec = interval / 1000000;
_new_timer.it_interval.tv_nsec = (interval % 1000000) * 1000;
_new_timer.it_value.tv_sec = _new_timer.it_interval.tv_sec;
_new_timer.it_value.tv_nsec = _new_timer.it_interval.tv_nsec;
timerfd_settime(_timer_fd, _flags, &_new_timer, NULL);

。。以及文件描述符上的select()。

CPU在默认情况下运行在800 The，并且可以缩小到300 The。即使在最低频率下，即使在高系统负载和重IO的情况下，定时器也会定期触发。

现在有个问题:当我将CPU频率调控器设置为ondemand时，计时器会在切换频率时忽略的几秒唤醒(高达2800 is )。

我所说的IO包括上传大型文件(网络IO、提取/CPU、写入闪存)。仅仅创建/提取一个大型存档似乎并不是一个问题。

我修改了这个方便的小Python脚本，它使用timerfd来打印每100 to的CPU频率和时间差，我可以重现这个问题！运行test.py并启动上传(繁重的IO)将为我提供以下输出：

f=300000 t=0.100021, count=01 *
f=600000 t=0.099609, count=01 *                    <== switch, but no problem
f=600000 t=0.099989, count=01 *
f=300000 t=0.100388, count=01 *                    <== switch, but no problem
f=300000 t=0.099874, count=01 *
f=300000 t=0.099944, count=01 *
f=300000 t=0.100000, count=01 *
f=600000 t=0.099615, count=01 *                    <== switch, but no problem
f=600000 t=0.100033, count=01 *
f=600000 t=0.099958, count=01 *
f=600000 t=0.100003, count=01 *                    <== IO starts
f=600000 t=0.100062, count=01 *
f=600000 t=0.100318, count=01 *
f=800000 t=0.418505, count=04 ****                 <== 3 misses
f=800000 t=0.081735, count=01 *
f=800000 t=0.100019, count=01 *
f=800000 t=0.099284, count=01 *
f=800000 t=0.100584, count=01 *
f=800000 t=0.100089, count=01 *
f=800000 t=0.099623, count=01 *
f=720000 t=1.854099, count=18 ******************   <== 17 misses
f=720000 t=0.046591, count=01 *
f=720000 t=0.099038, count=01 *
f=720000 t=0.100744, count=01 *
f=720000 t=0.099240, count=01 *
f=720000 t=0.100029, count=01 *
f=720000 t=0.099985, count=01 *
f=720000 t=0.100007, count=01 *
f=800000 t=2.715434, count=27 ***************************  <== 26 misses
f=800000 t=0.085148, count=01 *
f=800000 t=0.099992, count=01 *
f=800000 t=0.099648, count=01 *
f=800000 t=0.100367, count=01 *
f=800000 t=0.099406, count=01 *
f=800000 t=0.099984, count=01 *
f=720000 t=2.446585, count=24 ************************  <== 23 misses
f=720000 t=0.054219, count=01 *
f=720000 t=0.099947, count=01 *
f=720000 t=0.099284, count=01 *
f=720000 t=0.100721, count=01 *
f=720000 t=0.099975, count=01 *
f=720000 t=0.100089, count=01 *
f=800000 t=2.391552, count=23 ***********************  <== 22 misses
f=800000 t=0.015058, count=01 *
f=800000 t=0.092592, count=01 *
f=800000 t=0.100651, count=01 *
f=800000 t=0.099982, count=01 *
f=800000 t=0.099967, count=01 *

我尝试了这答案，它建议设置我的过程的优先级，但没有效果。

以下是我目前的结论：

• 这个问题不是由我的C程序引起的，因为我可以用一个Python脚本来再现它。
• CPU的性能不是问题，因为将频率固定到300 the可以很好地工作。
• 产生重负荷的过程必须满足某些要求(见下文)--仅仅执行网络IO或CPU密集操作就无法工作。
• 计时器间隙似乎只有当gpg进程得到某些数据时才会出现。

，所以我的问题是：我需要一个精确的计时器，间隔大约10 ms (几毫秒抖动就可以了)。我能用timerfd实现这一点吗？我有什么选择？

使用的内核版本为4.4.19 (OpenEmbedded/Yocto)

复制

目前，我不知道有其他方法来再现所描述的行为，只知道以下几点：

• 在具有网络接入的嵌入式设备上，有nginx安装了proxy_passing端口80到其他端口，例如8081
• 在设备上运行receive.py，该设备将侦听POST请求，接收一个大文件并将其输送到GnuPG
• 在设备上运行test.py以观察CPU频率和计时器精度。
• 将cpu调控器设置为ondemand：echo ondemand > /sys/devices/system/cpu/cpu0/cpufreq/scaling_governor
• 使用另一台机器上的upload.py向嵌入式系统发送一个10M文件，文件内容随机
• 上传数据的内容似乎很重要！upload.py <ip/hostname> 10000000将生成一个随机字节流，并将其存储到一个名为data-out的文件中，然后再对其进行POST操作--在大多数情况下，您将不会看到计时器间隙--如果您能够观察到它们，您可以保存该文件并在以后重用它。
• 从嵌入式设备上运行upload.py (没有网络)或遗漏nginx将无法工作！

文件

这是test.py的修改版本，它生成上面的输出 导入异步核心，时间，timerfd.async类TestDispatcher(timerfd.async.dispatcher)：def __init__(self，*args)：.__init__(*args) self._last_t = time.time() def handle_expire(self，*args))：t= time.time() f=time.time print("f=%s t=%.6f，count=%0.2d %s“%)% (f，t- self._last_t，count，self._last_t =t dispatcher = TestDispatcher(timerfd.CLOCK_MONOTONIC) dispatcher.settime(0，timerfd.itimerspec(0.1，1)) asyncore.loop() receive.py 导入子进程，http.server，socketserver类http.server def do_POST(self)：gpg_process = subprocess.Popen( 'gpg'，‘-homedir’，‘/home/root/..gnupg’，'-u'，'Name'，'-d'，stdin=subprocess.PIPE，stdout=subprocess.PIPE，stderr=subprocess.PIPE) tar_process = subprocess.Popen( 'tar'，'-C'，'.'，'-xzf'，'-'，stdin=gpg_process.stdout，stderr=subprocess.PIPE) content_length =int(Sel.Header‘content_length’)而content_length > 0: content_length -= gpg_process.stdin.write( self.rfile.read(最小1000，(Content_length)) gpg_process.stdin.close() self.send_response(201) self.end_headers() socketserver.TCPServer.allow_reuse_address = True socketserver.TCPServer(‘’，8081)，InstallationHandler).serve_forever() upload.py -提供要上载的文件名或生成的字节数。 导入http.client，sys，os if os.path.exists( sys.argv2)：print('read. %r‘%sys.argv2)b= open(sys.argv2，'rb').read() .read()sys.argv2:print(“生成随机数据.”)B= os.urandom(int(sys.argv2))打开(‘data-out’，'wb').write(b) b=字节( b)打印(‘size=%d’% len(b)) h= http.client.HTTPConnection(sys.argv1) h.request('POST'，‘/上载/校准_data’，b)打印(h.getresponse().read()

Answer 1

初步答复。让我们假设您不希望禁用cpufreq或进行任何其他可能导致功耗更改的侵入性内核配置更改。

让我假设抖动不是来自cpu时钟和计时器时钟之间的某种奇怪的交互，这是很难消除的。

让我们也假设你愿意破门而入。那样的话..。使用你自己的硬件计时器！

ARM SoC通常有许多硬件定时器，而Linux通常只消耗其中的两个:一个用于给定时器(即timerfd和其他计时器接口)提供数据，另一个用于计时。这意味着您通常有许多空闲和可用的硬件定时器。

不幸的是，Linux没有提供任何框架或接口来使用它们，所以您必须做自己的事情。例如，这里，有一个MIPS SoC AR9331的例子。

为ARM SoC做这件事仅仅是读取数据表、检查寄存器，或者修改这个示例，或者想出自己的解决方案。

抖动要小得多，因为它是一个硬件定时器，产生中断，因此不受常规负载的影响。

如果你想要更少的抖动，你可以尝试快速中断(FIQ)。Bootlin (前自由电子)在他们的博客上解释了这个可怕的技巧。